自支撑多孔硅薄膜的制备方法

1.本发明涉及一种自支撑多孔硅薄膜的制备方法，具体地涉及在单晶硅基底上通过电化学脉冲腐蚀一层厚度几微米的纳米多孔硅薄膜后，利用大电流脉冲及滴蜡的方法将多孔硅薄膜完整的从基底剥离，获得自支撑的多孔硅薄膜。背景技术：2.多孔硅(porous silicon)是一种纳米多孔状硅材料，二十世纪50年代在美国贝尔实验室首次制备。90年代英国的leigh canham报道了多孔硅的光致发光现象，引发了对多孔硅研究的热潮，近年来由于多孔硅比表面积大、孔隙率和孔径尺寸可调节、表面化学功能化方便、与传统的硅微加工技术容易兼容等优点，使多孔硅材料在光学和微电子学、生物化学传感、医药卫生和环境监测等领域都有十分广泛的应用。3.自支撑多孔硅薄膜(psims)由于从硅基底上剥离，孔成为开放的通道，所以材料具有更好的透过性，因此可以应用于分子、离子或小颗粒的分离、吸附或运输。psims可以是超薄的，也可以达到1毫米厚；根据孔径大小，多孔硅可以分为微孔、中孔或大孔；而且薄膜的孔隙率可以在同一膜内变化。由于其化学、光学、热和结构特性，多年来人们对psims的研究兴趣持续增长。良好的生物相容性使psims被应用于生物医学领域。大表面积和开放式的孔洞结构，允许流动操作，使它们成为传感应用的理想选择。它们独特的热、电和光学特性也使它们适用于微电子装置，包括热绝缘体和微型燃料电池。4.多孔硅通常采用湿法腐蚀制备。把单晶硅作为阳极置于含有氢氟酸水溶液的腐蚀装置中，通过化学或者外加一定的腐蚀电流的电化学方法在硅基底上腐蚀一层多孔硅薄膜。自支撑的多孔硅薄膜需要把这层多孔硅薄膜从硅基底剥离，通常采用大电流脉冲，然后用胶带粘贴辅助剥离。但是这种方法容易使多孔硅薄膜破裂很难剥离出完整的多孔硅薄膜，而且胶带的去除使多孔硅表面化学性质发生变化，使多孔硅器件的功能产生退化，从而影响多孔硅器件的稳定性和化学、传感性能。5.本申请的发明人经过实验探索，通过电化学工作站电化学腐蚀法制备多孔硅，并通过施加大的脉冲电流后用滴蜡方法，完整的剥离了自支撑的纳米多孔硅薄膜，为后续多孔硅自支撑器件的研究提供了材料。技术实现要素：6.本发明提供了从硅基底剥离多孔硅薄膜的方法。在新制备多孔硅上施加大的脉冲电流使多孔硅的底部产生一层大孔隙率的牺牲层后，用滴蜡的方法把多孔硅薄膜从硅基底完整剥离。7.这种自支撑多孔硅薄膜的制备方法获得的自支撑多孔硅薄膜具有结构完整，操作简单，成本低廉，薄膜化学性质得以保持的优点。附图说明8.图1为实施例2所制备的自支撑的纳米多孔硅薄膜。具体实施方式9.实施例1、电化学工作站制备多孔硅实验使用单面抛光的p型单晶硅（电阻率为0.01-0.06ω.cm,晶向为＜100＞，厚度为450±10μm，）,将硅片切成1.2×1.2 cm的矩形小片，电化学阳极氧化制备的多孔硅区域为直径0.8cm的圆形。10.实验所用腐蚀槽为用聚四氟氯乙烯材料自行制备的单腐蚀槽，电解液由无水乙醇和40%的氢氟酸溶液按体积比（v无水乙醇∶v氢氟酸=1∶1）混合而成。单晶硅先分别在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗各10分钟以出去表面油污。11.在电化学腐蚀过程中单晶硅做阳极，环状铜丝做阴极，应用cs系列电化学工作站控制腐蚀条件对清洗过后的单晶硅在单腐蚀槽中进行电化学阳极氧化。电化学工作站的工作电极(we)连接单晶硅、辅助电极（ce）连接作铜电极，将配置的电解液5-10ml倒入腐蚀槽中，设置输出电流和时间，使腐蚀电流密度为60ma/cm2，腐蚀时间为30s。腐蚀结束后取出硅片分别用去离子水和无水乙醇反复冲洗，然后用吹风机吹干。12.设置不同的腐蚀电流和腐蚀时间，将得到不同孔径大小、不同孔隙率和不同厚度的纳米多孔硅。若腐蚀电流超过一定值，多孔硅将被抛光。13.实施例2、多孔硅薄膜层从硅基底剥离为了让多孔硅从单晶硅基地剥离，需要先将吹干后的多孔硅再次置于腐蚀槽中，更换腐蚀液为无水乙醇和40%氢氟酸溶液按体积比（v无水乙醇∶v氢氟酸=3∶1）的混合液。14.然后采用cs系列电化学工作站进行脉冲腐蚀，设置腐蚀电流密度为160ma/cm2,腐蚀时间为1.2s。脉冲腐蚀后的多孔硅底部产生一层大孔隙率的牺牲层，但由于边缘和底部与硅基底相连依然无法从单晶硅基底脱离。15.为完整剥离多孔硅，申请人探索出一种简单、无损的剥离方法。此方法称为滴蜡法即把点燃的普通蜡烛的蜡油滴在脉冲腐蚀后的多孔硅上，几分钟后等蜡油冷却凝固再用普通的小刀将其提升，此时多孔硅膜黏在凝固的蜡油上一起从硅基地完整剥离下来，最后多孔硅层朝下将其放入盛有无水乙醇的器皿中（器皿底部放入石英载玻片），由于蜡油易溶于无水乙醇，待自支撑的多孔硅薄膜从凝固的蜡油上自由脱离时，将凝固的蜡油及时取出，接着用普通的吸水纸将无水乙醇吸干，自支撑的多孔硅薄膜将贴在载玻片上。取出载玻片，空气中或氮气环境放置让剩余的乙醇挥发掉。图1是通过此方法成功剥离的完整多孔硅膜。16.通过上述具体的实施例，更容易理解本发明。上述实施例只是举例性的描述，而不应当被理解为用来限制本发明的范围。技术特征：1.自支撑多孔硅薄膜的制备方法，其特征在于：(1)将普通蜡燃烧后产生的蜡油滴在脉冲腐蚀后的多孔硅上；(2)待蜡油冷却凝固后，此时多孔硅膜黏在凝固的蜡油上，利用小刀将蜡油从硅基底上剥离；(3)多孔硅层朝下将其放入盛有无水乙醇的器皿中（器皿底部放入石英载玻片），蜡油易溶于无水乙醇，自支撑的多孔硅薄膜将从凝固的蜡油上自由脱离；(4)脱离后将凝固的蜡油及时取出，接着用普通的吸水纸将无水乙醇吸干，自支撑的多孔硅薄膜将贴在载玻片上;(5)取出载玻片，空气中或氮气环境放置让剩余的乙醇挥发掉。技术总结本发明涉及一种自支撑多孔硅薄膜的制备方法，具体地涉及在单晶硅基底上通过电化学脉冲腐蚀一层厚度几微米的纳米多孔硅薄膜后，利用大电流脉冲及滴蜡的方法将多孔硅薄膜完整的从基底剥离，获得自支撑的多孔硅薄膜。本发明提供了从硅基底剥离多孔硅薄膜的方法。即在新制备多孔硅上施加大的脉冲电流使多孔硅的底部产生一层大孔隙率的牺牲层后，用滴蜡的方法把多孔硅薄膜从硅基底完整剥离。这种自支撑多孔硅薄膜的制备方法获得的自支撑多孔硅薄膜具有结构完整，操作简单，成本低廉，薄膜的化学性质得以保持的优点。学性质得以保持的优点。技术研发人员：吕长武 马仲伟 陈恒雷受保护的技术使用者：新疆大学技术研发日：2021.12.01技术公布日：2022/4/15